專利名稱：一種石英質(zhì)干式料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干法振動(dòng)施工的以石英砂為主要原材料的石英質(zhì)干式料，屬于耐火材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
干式振動(dòng)料是一種不需加水或液體結(jié)合劑，采用振動(dòng)法成型的不定形耐火材料， 簡(jiǎn)稱干式料。干式料在外力振動(dòng)作用下，可形成致密而均勻的整體，加熱時(shí)靠熱固性結(jié)合劑或燒結(jié)劑使其產(chǎn)生強(qiáng)度，廣泛用于鑄造行業(yè)中頻爐等高溫爐襯。干式料的主要特點(diǎn)和要求為(1)材料在振動(dòng)力作用下易于流動(dòng)，其中粉料在很小的振動(dòng)力作用下即可充分填充顆粒堆積間的孔隙，獲得具有較高充填密度的施工體；(2) 使用前通過(guò)烘烤加熱形成一層具有一定強(qiáng)度的工作面，而工作面的背面仍呈松散的粉料狀態(tài)，即形成三層結(jié)構(gòu)第一層為強(qiáng)度較高、燒結(jié)良好的工作面；第三層為呈松散粉料狀態(tài)的背面；第二層位于工作面與背面之間，呈半燒結(jié)狀態(tài)；(3)在使用過(guò)程中，舊的工作面不斷損毀，新的工作面不斷形成，但始終保持三層結(jié)構(gòu)。干式料的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為(1)這種材料用振動(dòng)法現(xiàn)場(chǎng)施工，施工簡(jiǎn)便快捷、施工周期短；(2)三層結(jié)構(gòu)有助于減少由于膨脹或收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力；有助于阻礙裂紋的擴(kuò)散與延伸；有助于阻止金屬熔體的侵入；便于殘余爐襯拆解清理；03)背面未燒結(jié)層導(dǎo)熱率低，保溫效果好；(4)由于不含水或液體結(jié)合劑，能耗較低。干式料由耐火骨料、粉料、燒結(jié)劑、結(jié)合劑組成，根據(jù)主要原料材質(zhì)分為酸性、中性和堿性干式料，石英質(zhì)干式振動(dòng)料是一種酸性振動(dòng)料。石英質(zhì)干式料以石英砂為主要原料，其主要化學(xué)成分為Si02。眾所周知，石英砂在不同溫度下有α相、β相等七種變體，各變體之間轉(zhuǎn)變時(shí)伴隨有體積變化，這些性質(zhì)直接關(guān)系到石英質(zhì)干式振動(dòng)料烘烤制度及其使用壽命。傳統(tǒng)石英質(zhì)干式振動(dòng)料制造過(guò)程分兩步進(jìn)行第一步是生產(chǎn)廠家直接把石英砂礦石破碎加工成所需粒徑的原料；第二步把不同粒度的石英砂，按照一定的配比與結(jié)合劑在攪拌機(jī)內(nèi)混勻，包裝制得成品。這種干式料所用石英砂沒(méi)有做相變預(yù)處理，添加的燒結(jié)劑一般采用硼酸，這樣生產(chǎn)出來(lái)的石英質(zhì)干式振動(dòng)料會(huì)帶來(lái)了以下缺點(diǎn)(1)烤爐時(shí)間較長(zhǎng)，耗能大，成本高。眾所周知，石英砂在升溫過(guò)程中由β-石英相逐步轉(zhuǎn)化為α-石英相、α-方石英相等，這種晶型轉(zhuǎn)變伴有較大的體積變化。天然石英砂若直接用來(lái)生產(chǎn)干式振動(dòng)料，在烘烤時(shí)不但要求溫度必須緩慢，并且在石英晶型轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間要長(zhǎng)時(shí)間保溫，總的升溫時(shí)間一般需要20個(gè)小時(shí)以上，有些廠家烘爐時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60個(gè)小時(shí)。這樣就會(huì)消耗大量的能量。(2)生產(chǎn)效率低。由于爐襯在烤爐時(shí)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此爐子的周轉(zhuǎn)速度就降低，這就會(huì)造成生產(chǎn)效率低。(3)石英質(zhì)爐襯在烤爐時(shí)，或者在使用過(guò)程中，如果升溫速度溫度控制不好，可能造成石英砂劇烈相變，破壞了爐襯的整體結(jié)構(gòu)，爐襯燒結(jié)不好，勢(shì)必影響爐襯壽命。(4)傳統(tǒng)的石英砂干式振動(dòng)料大都是采用硼酸來(lái)做燒結(jié)劑，硼酸的化學(xué)分子式為 H3BO3。將硼酸加熱致100°c，由于不斷地失去水分，它首先變成偏硼酸，再繼續(xù)加熱，水被脫凈生成氧化硼。烘爐時(shí)硼酸結(jié)合水的析出，產(chǎn)生的大量水汽會(huì)在中頻爐感應(yīng)線圈上凝結(jié)成水，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致?tīng)t子無(wú)法開(kāi)爐。假如將石英砂在破碎前進(jìn)行相變預(yù)處理，并選用合適的復(fù)合燒結(jié)劑，可減小石英砂因相變而產(chǎn)生的體積急劇膨脹，將能較好的解決以上問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種經(jīng)相變預(yù)處理的石英砂干式振動(dòng)料及其制造方法。本發(fā)明是通過(guò)以下兩個(gè)技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的(1)將天然石英砂進(jìn)行焙燒處理，完成相變化。天然石英砂中SiO2的結(jié)晶形態(tài)是β-石英相，在加熱到573°C時(shí)轉(zhuǎn)變?chǔ)?石英相， 并伴有0.82%的體積膨脹；在870°C左右時(shí)α-石英相向α -鱗石英相轉(zhuǎn)變，體積膨脹10% 左右。通過(guò)將天然石英砂進(jìn)行焙燒處理，完成了石英砂因相變化而產(chǎn)生的體積變化。(2)添加合適的復(fù)合燒結(jié)劑，保證石英砂相變是在有液相的環(huán)境下進(jìn)行，可以緩沖體積變化引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。具體而言，本發(fā)明提供的一種干式振動(dòng)料通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)第一步將天然石英砂進(jìn)行相變預(yù)處理，在900°C以上焙燒制得相變石英砂；第二步將相變石英砂破碎成合適粒徑的相變石英砂顆粒和細(xì)粉；第三步生產(chǎn)石英質(zhì)干式振動(dòng)料用于制備所述石英質(zhì)干式料原料組成的重量百分?jǐn)?shù)為相變石英砂顆粒65 80 %相變石英砂細(xì)粉35 20 %復(fù)合燒結(jié)劑(外加)0. 5 5 %將各原料按配比要求加入到攪拌機(jī)中充分混和，制得石英質(zhì)干式振動(dòng)料。說(shuō)明(1)相變石英砂是將天然石英砂在溫度> 900°C條件下焙燒制得。(2)相變石英砂顆粒由相變石英砂破碎制得，粒徑一般要求< 30mm，通常篩分成 30 20mm、20 15mm、15 10mm、10 5mm、5 3mm、3 Omm等幾種粒級(jí)，配料包含這些粒級(jí)的幾種或全部，根據(jù)中頻爐大小來(lái)選用臨界粒度。(3)相變石英砂細(xì)粉由相變石英砂磨粉制得，是指粒徑< 0. Imm的細(xì)顆粒料，通常包括-180目、-200目、-320目、-325目等幾種粒級(jí)，配料包含這些粒級(jí)的的幾種或全部；(4)顆粒料和細(xì)粉的重量百分?jǐn)?shù)總和為100%，比例根據(jù)使用要求調(diào)節(jié)。(5)所述復(fù)合燒結(jié)劑外加，重量為相變石英砂顆粒料和細(xì)粉總重量的0. 5 5%。(6)復(fù)合燒結(jié)劑選用硼矸、硼玻璃粉、鋰輝石等的一種或幾種混合而成。二、本發(fā)明所述石英質(zhì)干式料的制備方法是(1)制備相變石英砂將天然石英砂在900°C以上焙燒，進(jìn)行相變預(yù)處理，制得相變石英砂。
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(2)制備相變石英砂顆粒料和細(xì)粉相變砂經(jīng)過(guò)破碎、篩分、除鐵工序制得所需的顆粒；其中再將一部分顆粒料磨制成所需細(xì)粉。(3)混和按配方要求把各種粒度的相變石英砂顆粒、細(xì)粉、復(fù)合燒結(jié)劑，在強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌均勻制得成品。(4)包裝混練均勻的料裝入防潮編制袋，一般25 50Kg/袋，以袋為佳；(5)儲(chǔ)運(yùn)將袋裝干式料存放于陰涼干燥處儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，保質(zhì)期在6個(gè)月以上；(6)使用在現(xiàn)場(chǎng)直接打開(kāi)使用，不需要二次加工。本發(fā)明的主要原料為經(jīng)過(guò)相變預(yù)處理的石英砂，消除了爐料在烘烤或使用過(guò)程中的體積變化，可縮短烘烤時(shí)間，加速中頻爐周轉(zhuǎn)速度，提高了生產(chǎn)效率；燒結(jié)劑選用硼矸、硼玻璃粉、鋰輝石等不同熔點(diǎn)的氧化物或化合物混合而成，可以緩解不同溫度階段石英劇烈相變而產(chǎn)生的體積效應(yīng)；不同熔點(diǎn)燒結(jié)劑可使?fàn)t襯整體燒結(jié)性能好，提高爐襯使用壽命，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。
具體實(shí)施例方式以下非限定性實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例1 盛鋼量為10噸的中頻爐用石英質(zhì)干式料(1)將天然石英砂在950°C焙燒6小時(shí)，制得相變石英砂；(2)相變石英砂經(jīng)過(guò)破碎、篩分、除鐵，制得8 5、5 3、3 1、1 Omm顆粒；其中再將一部分1 O的顆粒磨制成-200目細(xì)粉；(3)制備復(fù)合燒結(jié)劑硼矸和硼玻璃粉按重量比30% 70%配料，然后混和均勻；(4)用于制備干式料原料的重量百分?jǐn)?shù)為相變石英砂8 5mm 15%，5 3mm 7%，3 1讓18%，1 Omm 40%,-200目20%，復(fù)合燒結(jié)劑1. 2%。將以上原料按配比配制后在強(qiáng)制攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻，制成成品；(5)按袋將干式料裝入防潮編織袋包裝。取樣檢測(cè)性能指標(biāo)為最大堆積密度2. 13g/cm3,1200°C保溫3個(gè)小時(shí)的線變化 0. 1%，150(TC保溫3個(gè)小時(shí)的線變化3.2%。將此種石英砂在國(guó)內(nèi)某廠10噸中頻爐上使用，烤爐時(shí)間為8小時(shí)，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。實(shí)施例2 盛鋼量為20 30噸中頻爐用石英質(zhì)干式料(1)將天然石英砂在950°C焙燒6小時(shí)，制得相變石英砂；(2)相變石英砂經(jīng)過(guò)破碎、篩分、除鐵，制得20 10、10 5、5 3、3 0、1 Omm
顆粒；其中再將一部分1 O的顆粒磨制成-200目細(xì)粉；(3)制備復(fù)合燒結(jié)劑硼矸和硼玻璃粉按重量比40% 60%配料，然后混和均勻；(4)用于制備干式料原料的重量百分?jǐn)?shù)為石英砂20 10 22%，10 5mm 15%, 5 3mm 12%，3 Omm 18%，200目33%，復(fù)合燒結(jié)劑(外加)2. 5%。以上原料按配比配制后在強(qiáng)制攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻，制成成品；
(5)按40Kg/袋將干式料裝入防潮編織袋包裝。取樣檢測(cè)性能指標(biāo)為最大堆積密度2. 17g/cm3,1200°C保溫3個(gè)小時(shí)的線變化 0.2%, 1500°C保溫3個(gè)小時(shí)的線變化3. 8%。將此種石英砂在國(guó)外某鋼廠25噸中頻爐上使用，烤爐時(shí)間為6小時(shí)，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。
權(quán)利要求
1.一種石英質(zhì)干式料，其特征在于制備所述干式料原料組成的重量百分?jǐn)?shù)為相變石英砂顆粒65 80 %，相變石英砂細(xì)粉35 20 %，復(fù)合燒結(jié)劑(外加)0. 5 5 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英質(zhì)干式料，其特征在于石英砂經(jīng)過(guò)相變預(yù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英質(zhì)干式料，其特征在于復(fù)合燒結(jié)劑為硼矸、硼玻璃粉、鋰輝石的一種或幾種混合而成。
4.一種石英質(zhì)干式料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 將天然石英砂原料經(jīng)過(guò)相變處理制得相變石英砂；相變石英砂加工成所需粒度；將相變石英砂原料、復(fù)合燒結(jié)劑按配方要求配料，在強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌均勻；將混合料裝入防潮袋包裝；石英質(zhì)干式振動(dòng)料在陰涼、干燥處儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石英質(zhì)干式料及其制備方法，用于制備所述干式料原料組成的重量百分?jǐn)?shù)為相變石英砂顆粒65～80％，相變石英砂細(xì)粉35～20％，復(fù)合燒結(jié)劑(外加)0.5～5％。其制備方法包括如下步驟制備相變石英砂；制備相變石英砂原料；按配比配料并混和均勻；防潮袋包裝；干燥處儲(chǔ)運(yùn)。本發(fā)明干式料所用石英砂原料經(jīng)過(guò)相變預(yù)處理，并通過(guò)添加復(fù)合結(jié)合劑，可有效控制產(chǎn)品使用過(guò)程中因相變化而帶來(lái)的體積效應(yīng)，可縮短烤爐時(shí)間，節(jié)約能源，有效提高爐襯壽命，提高了用戶生產(chǎn)效率，降低了用戶成本。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102476953SQ20101055598
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者豐文祥, 孔祥魁, 寇志奇, 張伊民, 李有奇, 李洪波, 毛曉剛, 謝保衛(wèi), 郭春, 金春燕 申請(qǐng)人:上海利爾耐火材料有限公司, 北京利爾高溫材料股份有限公司, 洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司